第五章距离测量与GPS定位1

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1、GPS原理及应用原理及应用第五章第五章 距离测量与定位方法距离测量与定位方法GPS原理及应用原理及应用0 GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量GPS原理及应用原理及应用一、概述一、概述 1、定位原理：、定位原理： 距离交会距离交会 原理：通过测定到若干已知点的距离，来进行原理：通过测定到若干已知点的距离，来进行定位。定位。 2、进行定位的两个条件：、进行定位的两个条件： 测距信号测距信号 导航电文导航电文 利用测距信号确定站星距离利用测距信号确定站星距离 利用导航电文确定卫星位置利用导航电文确定卫星位置GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量概述概述GPS原理及应用原理及应用一、概述一

2、、概述 一个站星距离一个站星距离 测站位于以卫星为测站位于以卫星为球心，站星距离为球心，站星距离为半径的球面上半径的球面上GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量概述概述GPS原理及应用原理及应用一、概述一、概述 两个站星距离两个站星距离 作两个球面作两个球面 两个球面相交为圆两个球面相交为圆 测站位于圆圈上测站位于圆圈上GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量概述概述GPS原理及应用原理及应用一、概述一、概述 三个站星距离三个站星距离 作三个球面作三个球面 三个球面两两相交三个球面两两相交于两点于两点 测站位于其中一点测站位于其中一点GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量概述概述GP

3、S原理及应用原理及应用一、概述一、概述 GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交单点定位方法的实质是空间距离后方交会会 一个站星距离一个站星距离 = 球面球面 两个站星距离两个站星距离 = 圆圆 三个站星距离三个站星距离 = 两点两点 三个站星距离三个站星距离 + 地球地球 = 一点一点GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量概述概述GPS原理及应用原理及应用一、概述一、概述GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量概述概述2121211)()()(ZZYYXXRsss2222222)()()(ZZYYXXRsss2323233)()()(ZZYYXXRsss阈值earthRZYX222GP

4、S原理及应用原理及应用二、定位方法的分类二、定位方法的分类 1、定位模式分：、定位模式分： 绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位） 相对定位相对定位 差分差分GPS定位定位 2、按用户接收机在作业中所处状态分：、按用户接收机在作业中所处状态分： 静态定位天线相对于地固坐标系静止静态定位天线相对于地固坐标系静止 动态定位天线相对于地固坐标系运动动态定位天线相对于地固坐标系运动GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量定位方法的分类定位方法的分类GPS原理及应用原理及应用二、定位方法的分类二、定位方法的分类 3、按照测距原理分：、按照测距原理分： 测距码伪距法定位测距码伪距法定位 载波相位测量定

5、位载波相位测量定位 4、按获得定位结果的时效、按获得定位结果的时效 事后定位事后定位 实时定位实时定位GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量定位方法的分类定位方法的分类GPS原理及应用原理及应用三、观测量的基本概念三、观测量的基本概念 GPS卫星信号含有多种定位信息，根据不同卫星信号含有多种定位信息，根据不同的要求，可以从中获得不同的观测量，其中的要求，可以从中获得不同的观测量，其中主要包括：主要包括： 根据测距码观测得出的伪距根据测距码观测得出的伪距 根据载波相位观测得出的伪距根据载波相位观测得出的伪距 由积分多普勒计数得出的伪距差由积分多普勒计数得出的伪距差 由干涉法测量得出的时间延迟

6、由干涉法测量得出的时间延迟 目前广泛采用的基本观测量主要有两种，即目前广泛采用的基本观测量主要有两种，即测距码观测量和载波相位观测量。测距码观测量和载波相位观测量。GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量观测量的基本概念观测量的基本概念GPS原理及应用原理及应用三、观测量的基本概念三、观测量的基本概念 所谓测距码观测，所谓测距码观测，即测量即测量GPS卫星发射的测距卫星发射的测距码信号（码信号（C/A码或码或P码），到达用户接收机天线码），到达用户接收机天线（观测站）的传播时间，因此这种观测方法，也（观测站）的传播时间，因此这种观测方法，也称为时间延迟测量。称为时间延迟测量。 只能用于单点绝

7、对定位，如只能用于单点绝对定位，如导航型导航型GPS接收机。接收机。 载波相位观测，载波相位观测，是测量接收机接收到具有多普是测量接收机接收到具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。主要的应用是进行相对定位，号之间的相位差。主要的应用是进行相对定位，如测地型如测地型GPS接收机。接收机。GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量观测量的基本概念观测量的基本概念GPS原理及应用原理及应用三、观测量的基本概念三、观测量的基本概念 由于载波的波长远小于码的波长，所以在分辨率由于载波的波长远小于码的波长，所以在分辨率相同的情况下，载波

8、相位的观测精度远高于码相相同的情况下，载波相位的观测精度远高于码相位的观测精度。位的观测精度。 但是载波相位观测的主要问题是，它无法直接测但是载波相位观测的主要问题是，它无法直接测定卫星载波信号在传播路线上相位变化的整周数，定卫星载波信号在传播路线上相位变化的整周数，因而存在因而存在整周不确定性问题整周不确定性问题。另外，在接收机跟。另外，在接收机跟踪踪GPS信号进行观测的过程中，常常由于多种原因，信号进行观测的过程中，常常由于多种原因，还可能产生还可能产生整周跳变现象整周跳变现象。这样一来，使得数据。这样一来，使得数据处理变得很复杂。处理变得很复杂。GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量

9、观测量的基本概念观测量的基本概念GPS原理及应用原理及应用三、观测量的基本概念三、观测量的基本概念 高精度高精度GPS基线向量的获取：基线向量的获取： 将两台将两台GPS接收机分别安置在两个不同接收机分别安置在两个不同的点上，同时观测卫星载波信号，利用载波的点上，同时观测卫星载波信号，利用载波相位差分观测值，消除或削弱多种误差的影相位差分观测值，消除或削弱多种误差的影响，从而获得高精度响，从而获得高精度GPS基线向量。基线向量。GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量观测量的基本概念观测量的基本概念GPS原理及应用原理及应用三、观测量的基本概念三、观测量的基本概念 由于全球定位系统采用由于全

10、球定位系统采用单程测距原理单程测距原理，所以，要，所以，要准确地测定卫星至观测站的距离，就必须使卫星准确地测定卫星至观测站的距离，就必须使卫星钟与用户接收机钟保持严格同步。但在实践中这钟与用户接收机钟保持严格同步。但在实践中这是难以实现的。因此，实际上，通过上述码相位是难以实现的。因此，实际上，通过上述码相位观测或载波相位观测所确定的卫星至观测站的距观测或载波相位观测所确定的卫星至观测站的距离，都不可避免地会离，都不可避免地会含有卫星钟和接收机钟不同含有卫星钟和接收机钟不同步的误差的影响步的误差的影响。为了与上述的几何距离相区别，。为了与上述的几何距离相区别，这种含有误差影响的距离，通常均称为

11、这种含有误差影响的距离，通常均称为“伪距伪距”，并把它视为并把它视为GPS定位的基本观测量。定位的基本观测量。GPS定位的方法与观测量定位的方法与观测量观测量的基本概念观测量的基本概念GPS原理及应用原理及应用三、观测量的基本概念三、观测量的基本概念 伪距：伪距：GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟和接收机钟的的距离，由于含有接收机卫星钟和接收机钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。误差及大气传播误差，故称为伪距。 测码伪距：测码伪距： 由测距码观测所确定的伪距。由测距码观测所确定的伪距。 测相伪距：测相伪距： 由载波相位观测